烟气脱硫技术在首钢迁钢360m2烧结工程中的研究与应用
首钢国际工程公司烧结设计专业不断总结和吸取烧结工程设计、生产中的经验及技术成果，形成了丰富的技术积淀，打造出了多项烧结工艺的核心技术。烧结生产过程产生大量含SO2烟气，排放量约占钢铁企业年排放量的40%~60%，控制烧结生产过程中SO2的排放，已成为钢铁企业SO2排放控制的重点。面对当前脱硫形势，首钢国际工程公司联合首钢环保产业事业部、北科大环境工程中心组建北京首科兴业工程技术有限公司，专门承揽烧结脱硫工程。技术团队针对首钢迁钢360m2烧结机脱硫工程，通过对国内几种脱硫工艺进行全面考察、综合分析后，确定采取密相干塔脱硫工艺；脱硫设施投产后运行稳定，脱硫效率达95%，每年可以节省SO2排污成本约648万元，具有较好的经济效益和环境效益。
1 烟气脱硫研发背景
目前，我国烧结烟气SO2脱硫处于起步阶段，仅少数几个烧结厂上了脱硫设施；首钢国际工程公司烧结技术团队在调研后发现国内的烧结脱硫设施均不够理想。
当前采用的几种脱硫塔存在以下不足之处：
(1) 喷淋塔，广泛应用于工业烟气脱硫；国内火力发电厂已建脱硫设施基本上采取该技术。塔中空、不易结垢、阻力小，突出缺点是传质系数低、相界面积小，喷淋塔庞大，投资高。
(2) 填料塔，传质系数比喷雾塔稍大；流体阻力较大，且气液相界面积较小；易结垢，积垢清理困难；投资高。
(3) 旋流板塔，流体阻力大，塔内结构复杂、易结垢；水平度要求很髙，大型装置制造安装困难；投资高。
(4) 喷射吸收塔，工作性能与喷淋塔相近；采用的吸收剂比表面积小，塔体相比于其他三种更庞大，投资高。
2 脱硫工艺的确定
2.1 工艺流程的确定原则
脱硫工程方案的确定，需遵循以下原则：安全、可靠、经济、适用并符合国情；技术成熟、先进、经济合理、有工业化业绩的工艺系统；控制工程造价，尽量考虑设备的国产化；节约用水；燃烧设备的能力要适应负荷变化的要求；考虑燃煤含硫量、工艺过程的原料含硫量、SO2控制规划以及环境要求；考虑脱硫剂供应条件；考虑脱硫副产品、脱硫灰、飞灰的综合再利用；充分考虑废水、废渣的排放；充分考虑厂址、布置条件等因素。
首钢迁钢烧结脱硫工程为老厂增新环保项目，借鉴国内外成熟的烟气脱硫工艺；根据烟气特点以及对脱硫除尘系统的实际要求，对常用的湿法及几种(半)干法烟气工艺的特点和技术经济性做了分析比较，最后确定采取密相干塔处理工艺。
2.2 密相干塔工艺的特点
2.2.1 密相干塔的脱硫原理
密相干塔烟气脱硫技术是由德国福汉燃烧技术股份有限公司和北京科技大学环境工程中心针对中国国情开发的一种先进技术。具有脱硫效率高、投资运行费用低、可靠性高、能耗低、维护量小、占地面积小、系统寿命长等优点，主要用于各种火电厂锅炉、工业锅炉以及工业窑炉排放烟气的脱硫净化处理。主要原理利用经水选提纯后的脱硫剂浆液，与布袋除尘器下的大量循环灰一起进入加湿器内进行均化，使混合灰的水分含量保持在3%~5%之间，由于含3%~5% 水分的循环灰有极好的流动性，反应塔中设有搅拌器，不但能克服粘壁问题而且还能增强传质作用。加湿后的大量循环灰由干塔上部的布料器进入塔内，与上部进入的含SO2烟气进行反应。脱硫剂不断循环，脱硫效率可达95%。最终脱硫副产物由灰仓排出循环系统，通过输送装置送入废料仓。整个工艺流程包括SO2的吸收和吸收剂的循环利用两个过程：
(1) SO2的吸收：烟气由干塔上部入口进入塔内，在塔内与吸收剂进行反应，反应后的烟气由塔下部烟道出口排出，经布袋除尘器除尘后排放至大气中。
(2) 吸收剂的循环利用：密相干塔内落下的反应产物、布袋除尘器收集的循环灰和新吸收剂浆液一起由提升机提升到塔上部布料器内，再次进入密相干塔进行一系列脱硫物化反应。
2.2.2 密相干塔的主要特点
(1) 脱硫剂用量少利用率高，循环过程中脱硫剂颗粒在搅拌器的作用下，不断裸露出新表面，使脱硫反应不断充分地进行，SO2脱除效率达95%，同时可以去除HCl、HF等；
(2) 耗水量低，脱硫剂通过加湿来提高其活性所用的水少，通常循环脱硫剂的含湿量为3%~ 5%；
(3) 反应塔内的搅拌器强化了均质过程，延长了脱硫反应的时间，保证系统的运行质量；
(4) 系统对不同SO2浓度的烟气及负荷变化的适应能力极强，是该技术的显着优点；
(5) 脱硫剂在整个脱硫过程中都处于干燥状态，操作温度高于露点，不会发生腐蚀或冷凝，无废水产生；
(6) 密相干塔用普通钢材制作，而且无需合金、涂料和橡胶衬里等特殊防腐措施；
(7) 烟气无需再加热即可排放。
(8) 脱硫副产物主要成分：
CaSO4·2H2O占61.7%，CaCO3占21.9%，CaSO3·1/2H2O占1.1%，CaCl2·4H2O占1.3%，Ca (OH)2占0.2%，Fe2O3占1.7%，Al2O3及SiO2均占1.5% ，MgO占0.8%，P2O5占0.5%。
2.2.3 密相干塔脱硫系统的运行方式
烧结生产与脱硫系统同时运行，在特殊情况及出现故障时允许烟气从旁路烟道排放。正常运行时，无论脱硫装置处于何种工况都不会对烧结生产产生任何影响。脱硫系统投运时，脱硫系统的进、出口挡板门打开，旁路烟道挡板门关闭。密相干塔负荷变化时，应按干塔运行特性来调节加料装置的进料量，以改变干塔内循环灰的密度，来适应负荷的变化。
在烧结机启动过程中或脱硫系统解列、需要检修时，应将脱硫系统进、出口挡板门关闭，旁路烟道挡板门打开，烟气经引风机和旁路烟道直接进入烟囱排出。其工艺原理如图1。
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3 系统设计
3.1 烟气工况
首钢迁钢360m2烧结机，机头配有两室四电场电除尘器一台，烟气量216万m3/h(工况)，烧结机烟气工况相关数据列于表1。
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密相干塔烟气脱硫系统的脱硫效率设计为92.3%~97.5%，反应系统出口温度为82℃，脱硫除尘岛总压力降为2300Pa，出口烟气烟尘浓度小于50mg/Nm3，出口烟气SO2浓度小于100mg/Nm3。
3.2 工艺流程
脱硫系统由烟气系统、密相塔、加湿系统、除尘系统、灰循环系统、增压风机系统等组成。干粉状的钙基脱硫剂与密相塔及布袋除尘器搜集的大量循环灰一起进入加湿器内进行增湿消化，使混合灰的水的质量分数保持在3 %~5 %之间，加湿后的循环灰由塔上部进料口进入塔内，工艺流程见图2所示。
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含少量水分的循环灰有极好的反应活性和流动性，与由塔上部进入的烟气发生反应，密相塔中安装的搅拌装置，不但克服了普通半干法烟气脱硫中可能出现的粘壁问题，而且增强了传质，使脱硫效率达95%。脱硫剂循环利用，最终脱硫副产物由灰仓溢流出循环系统，通过气力输送装置送入废料仓，副产物作为建筑材料进行综合利用。
3.3 脱硫剂储运系统
脱硫剂通过密封罐车运输到现场，经压缩空气输送到脱硫剂储仓内，储仓容积可满足3天的连续供给量。
脱硫剂储存有脱硫剂储仓、一套脉冲式仓顶布袋除尘器和料位计，以保证罐车打入脱硫剂时外排粉尘浓度小于30mg/Nm3。需要向脱硫塔加入新脱硫剂时，石灰通过原料储仓下部的电动阀进入输送泵，输送到物料循环系统的机械输送装置。
3.4 烟气系统
烧结烟气由烧结机的原烟道引出，爬升到原烟道上部1.5m处，经脱硫系统烟道进入本系统脱硫塔上部的烟气入口，经过脱硫后的含尘烟气从脱硫塔下部的烟气出口引出，进入布袋除尘器，经分离净化后的净烟气由增压风机送至烟囱排放。
增压风机主要用以克服脱硫系统阻力，包含烟道阻力、脱硫塔阻力、除尘器阻力等。在增压风机的出口设置消声器，风机壳体贴隔声材料，以减少风机出口噪音，将风机噪音控制在85dB以下。
3.5 密相塔系统
烧结烟气在密相塔内与加湿的脱硫剂从上到下并流充分接触、反应，为了保证脱硫剂的充分利用，脱硫塔内设置搅拌装置，此装置能够强力搅拌破碎脱硫剂颗粒，使其不断裸露出新表面，提高脱硫剂的反应能力。此时，部分脱硫灰落入脱硫塔底部的集灰斗，通过斗式提升机不断输送至脱硫塔顶部的加湿机内，使脱硫灰不断与SO2反应，直至脱硫灰失效。
3.6 灰循环系统
脱硫循环灰在脱硫过程中，不断与SO2发生化学反应，保证物料充分利用。烟气经吸收塔后通过中间仓(图2未示出)、布袋除尘器继续反应，落入灰斗的脱硫灰然后通过刮板机和斗式提升机及加湿混匀机加湿后，进入脱硫塔继续循环反应，完成脱硫循环灰的一个循环周期，直至脱硫循环灰失效。
4 系统运行
脱硫工程包括工程设计、设备采购、设备安装及系统调试等部分，工期8个月。工程建设完成后，进入调试阶段。整个调试过程分为3部分：分部调试、冷态调试和热态调试。
在分部调试中，主要是对各设备、电气及仪表进行检查与校订，并对机电设备进行空转试验。在设备具备运转条件后，对主要设备如增压风机、脱硫塔搅拌器等进行连续运转试验，检查其运行工况。检查过程中，各设备运行正常。
在冷态试验中，主要检查FGD系统的控制逻辑。在程序启动控制逻辑检查核对完好后，进行紧急跳闸试验，检验系统在事故状态时是否按预定的方式动作。试验中各项内容符合设计要求。
系统在负荷下进行热态调试试验，其主要目的是进一步检测系统的脱硫效率、设备运行性能等。
系统调试完毕，整个系统即进入连续运行，运行稳定，脱硫效率达95%，对脱硫后烟气检测结果如下表2。
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5 工程效益分析
首钢迁钢烧结脱硫系统建成后，360m2烧结机年运行按7920h计算，利用系数1.3t/(m2·h)，烧结矿产量为370万t。为分析每吨烧结矿增加的成本，将脱硫系统各项费用列于下表3 。
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每吨烧结矿的脱硫成本约增加1982.9/370＝5.4元/t。年减少SO2排放约5400t，同时年减少粉尘排放约360t。SO2排污费按现行的1.2元/kg计算，年SO2排污费减少648万元。
6 脱硫研发团队
首钢国际工程公司多年从事烧结工程咨询、设计和总承包业务，积累了丰富经验。为充分发挥此优势，公司烧结设计室成立了以烧结室主任、高级工程师李长兴为组长，主管设计师、高级工程师李文武为副组长的脱硫研究小组，以刘永言等专家为核心，以研究生王代军、吕新鹏等为骨干力量的脱硫研发团队已日臻成熟。首钢国际工程公司烟气脱硫技术团队将会继续深入研究、不断探索，为烟气脱硫的发展、为冶金环保事业做出应有的贡献。
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